KR102030685B1 - 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정방법 - Google Patents

전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자회로기판 검사장치에서 형상측정을 위해 광학계의 초점높이를 결정하는 방법에 있어서, 자동초점 기능을 이용하여 검사장치에 고정된 전자회로기판 검사를 N회 수행하는 단계, N개의 전자회로기판 검사에서 결정된 초점높이 값들에 기초하여 검사위치별로 제 1 초점높이 대푯값을 획득하는 단계 및 상기 N회 이후의 전자회로기판 검사에서, 상기 획득된 검사위치별 제 1 초점높이 대푯값에 기초하여, 상기 광학계를 결정된 검사위치로 이동시켜 전자회로기판 검사를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 실질적으로 자동초점 설정을 위한 동작을 생략할 수 있어 전자회로기판의 검사속도를 현저하게 향상시킬 수 있고, 그에 따라 반도체 제조 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정방법{METHOD FOR DETERMINING FOCUS HEIGHT USING PREDICTION OF WARPAGE FOR MEASURING PRINTED CIRCUIT BOARD}
본 발명은 광학식 전자회로기판 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선행측정과정에서 얻어진 측정결과로부터 기판 처짐량을 예측하여 별도의 측정과정없이 광학계의 초점높이를 결정함으로써 광학계의 검사위치(초점높이)로의 이동 시간을 감소시킬 수 있고, 그에 따라 검사 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자유곡면 등의 형태를 갖는 3차원 형상의 측정은 다양한 가공물의 검사나, 캐드/캠(CAD/CAM), 의료, 솔리드 모델링, PCB 기판의 솔더 검사 등 여러 분야에서 폭넓게 적용되고 있다.
이러한, 3차원 형상의 측정기술로는 접촉식 3차원 측정기를 사용하여 곡면상의 한점씩을 측정함으로써 전체 곡면형상을 측정하는 방식이 사용되어 왔다. 그러나, 접촉식 3차원 측정기에 의한 곡면형상 측정방법은 3차원 형상의 측정물을 한 점씩 일일이 측정해야 하므로, 전체적으로 측정시간이 과도하게 소요되는 단점이 있다.
이러한 접촉식 3차원 측정기의 단점을 해소하기 위해, 광을 이용하여 비접촉 방식으로 3차원 형상을 측정하는 기법이 널리 적용되고 있다. 광학식 3차원 형상측정 기술 중에서 고정밀 측정장치의 경우에는 높이 측정 정밀도가 높은 백색광 간섭계 방식이 사용되고 있다.
그런데, 예를 들어, 인쇄회로기판에 형성된 솔더의 형상을 측정하는 경우, 인쇄회로기판의 표면이 기준면과 일치되도록 설치하여, 인쇄회로기판의 표면을 기준으로 솔더의 높이를 측정하게 되는데, 이 때, 인쇄회로기판의 위치를 고정시키기 위해 인쇄회로기판의 양측을 지지시키는 경우, 인쇄회로기판이 휘는 경우가 발생한다.
이와 같이 측정물인 인쇄회로기판이 휘는 경우, 인쇄회로기판의 판면의 중앙으로 갈수록 인쇄회로기판의 표면과 기준면 간의 불일치가 심화되고, 결국 인쇄회로기판에 형성된 솔더의 높이, 즉 형상 정보에 오류가 발생하게 된다.
특히, 상술한 고정밀 측정장치의 경우에는 Z축 방향의 측정영역이 좁으므로 기판의 휘어짐 발생 시 측정이 불가능한 문제가 발생하게 된다.
이에 최근에는 검사과정에서 실시간으로 기판 표면의 위치를 검출하여 광학계가 기판 표면의 위치에 따라 측정 가능한 위치로 이동한 후 기판 표면의 오브젝트들을 검사하는 자동 초점 방식 기술이 많이 사용되고 있다.
이러한 자동 초점 기술을 적용하면 기판의 휘어짐 상태를 정확하게 반영한 상태에서 물체의 형상이 측정되므로 검사정확도가 높은 장점이 있으나, 해당 위치에서의 형상 측정 전 초점을 맞추는 시간이 소요되므로 검사시간이 증가하는 단점이 발생하게 된다.
이에 한국공개특허 제2017-0008654호에는 검사장치의 전단에 기판의 휨 파라미터를 측정하기 위한 공초점 현미경 측정장치를 구비하여 미리 기판의 각 부분의 휨 파라미터를 측정한 후, 측정된 휨 파라미터를 계측모듈에 제공하여 자동초점 동작 시간을 감소시킨 기술이 제시되어 있다.
한국공개특허 제2017-0008654호는 자동초점 동작을 위한 시간이 요구되지 않는 점에서는 장점이 있으나, 계측모듈과 별도로 또 하나의 측정장치를 구비하여야 하는 점에서 장치 사이즈 및 단가가 현저하게 상승하게 되는 단점이 발생한다.
따라서, 기판의 휘어짐 상태를 반영하면서도 신속하게 기판 검사를 할 수 있고, 장치 사이즈와 단가의 상승을 효과적으로 방지할 수 있는 검사장치에 대한 요구가 높아지고 있다.
1. 한국등록특허 제1409803호 (발명의 명칭: 기판의 휨 정보의 측정이 가능한 표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치법) 2. 한국공개특허 제2017-0008654호 (발명의 명칭 : 3D IC 범프 높이 계측 APC)
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 본 발명의 주된 목적은 선행 기판 휨 상태를 검사하기 위한 별도의 장치없이 선행측정과정에서 얻어진 기판의 처짐량 예측정보를 이용하여 광학계의 초점위치를 결정할 수 있도록 함으로써 장치 단가의 상승을 요구하지 않으면서도 기판의 휨 정보를 반영하여 정확한 형상측정이 가능한 검사장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용하여 초점높이를 결정하는 방법에 있어서, 제 1 전자회로기판의 휨 상태를 검출하여 광학계의 초점높이를 결정한 후, 결정된 초점높이로 광학계를 이동시켜 상기 제 1 전자회로기판을 검사하는 제 1 단계, 상기 검사에서 검출된 상기 제 1 전자회로기판의 휨 상태정보에 기초하여 다음 검사대상인 제 2 전자회로기판의 처짐량을 예측하는 제 2 단계, 상기 예측된 처짐량 정보에 기초하여 제 2 전자회로기판의 각 검사위치에서 광학계의 초점높이를 결정한 후, 결정된 초점높이로 광학계를 이동시켜 상기 제 2 전자회로기판을 검사하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정 방법이 제공된다.
여기서, 상기 제 2 전자회로기판을 검사하는 단계에서 계측 결과에 오류가 발생한 경우 해당 위치에서 상기 제 1 단계 및 제 2 단계를 재수행하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 검사에서 검출된 상기 제 2 전자회로기판의 휨 상태정보에 기초하여 다음 검사대상인 제 3 전자회로기판의 처짐량을 예측하는 제 4 단계 및 상기 예측된 처짐량 정보에 기초하여 제 3 전자회로기판의 각 검사위치에서 광학계의 초점높이를 결정한 후, 결정된 초점높이로 광학계를 이동시켜 상기 제 3 전자회로기판을 검사하는 제 5 단계를 더 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 전자회로기판 검사장치는 전자회로기판의 처짐량을 측정하기 위한 모아레 간섭 모듈과, 상기 모아레 간섭 모듈에서 측정된 기판의 처짐량 정보에 기초하여 광학계의 초점높이를 결정하여 전자회로기판 표면의 검사를 수행하는 백색광 간섭계 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 실질적으로 자동초점 설정을 위한 동작을 생략할 수 있어 전자회로기판의 검사속도를 현저하게 향상시킬 수 있고, 그에 따라 반도체 제조 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자회로기판 검사장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 전자회로기판의 처짐량을 예측하는 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자회로기판 검사장치의 개략적인 구성도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비콘신호 주기를 이용한 인증장치 및 그 방법을 설명한다. 이하 설명에서는 종래기술에서 언급한 바와 같이, 고정밀 측정기기에 주로 사용되는 백색광 간섭계 검사장치를 기준으로 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자회로기판 검사장치의 개략적인 구성도이다. 도 1에서 고정밀용 광학 검사장치에 주로 사용되는 백색광 간섭계 모듈(100)의 일례가 도시되어 있다.
도 1에서 백색광 간섭계 모듈(100)은 백색광을 발생시키도록 구성된 백색광원(110)을 포함한다. 백색광은 시준 렌즈(120)에 의해 시준된다. 이 시준된 빛은 물체 빔(190a)과 기준 빔(190b)으로 분리되도록 구성된 빔 스플리터(130)에 제공된다. 물체 빔(190a)은 이 물체 빔(190a)을 전자회로기판(300) 상으로 집속하도록 구성된, 대물 렌즈(140)로 제공된다.
기준 빔(190b)은 반사 거울(150)에서 반사된다. 물체 빔(190a)과 기준 빔(190b)으로부터 반사된 빛은 포획되어 빔 스플리터(130)에서 재결되고 카메라(160)에서 그 영상이 촬영된다. 물체 빔(190a)과 기준 빔(190b)의 광학 경로가 동일한 길이라면 보강 간섭이 일어나고 반도체 기판(300) 상의 각 대상 지점의 화소(pixel)는 높은 강도를 가진다. 물체 빔(190a)과 기준 빔(190b)의 광학 경로가 동일한 거리가 아니라면, 화소는 훨씬 더 낮은 강도를 가지고, 결과적으로 제어부(170)는 카메라(160)의 출력을 화소별로 처리하여 전자회로기판(300) 상의 오브젝트들의 높이를 결정하기 위한 연산처리를 수행한다.
위치제어부(180)는 제어부(170)의 제어에 따라 대물 렌즈(140)의 초기 초점 높이를 변경하도록 구성되어 기판의 휨이 발생하는 경우 휨의 정도에 대응하는 초점위치로 대물렌즈 등의 광학계를 이동시키는 기능을 수행한다.
본 발명에서 제어부(170)는 전자회로기판(300) 상의 오브젝트들의 높이를 결정하기 위한 연산처리 외에 전자회로기판의 휨의 정도에 따라 변경되는 초점위치값들을 저장하고, 이들 초점위치값들로부터 대푯값을 획득하여 전자회로기판의 자동초점 동작 시간을 단축시키는 기능을 수행하는 것이 특징이다.
도 2는 전자회로기판의 처짐량을 예측하는 방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
전자회로기판의 검사공정이 개시되면, 첫 번째 검사대상 전자회로기판(300)에 대해 일반적인 자동초점 기능을 통한 검사가 이루어진다.
우선, 거리센서 등을 이용하여 각 검사위치에서 기판 표면의 높이를 측정한다(S200).
제어부(170)는 기판 표면의 높이에 따라 기판의 휨 상태를 알 수 있으며, 그에 따라 각 검사위치에서 초점 높이를 결정한다(S210).
초점 높이가 결정되면, 제어부(170)는 위치제어부(180)를 제어하여 광학계(대물렌즈)가 결정된 초점 높이에 위치하도록 광학계를 이동시킨 후(S220), 해당 검사위치에서 오브젝트의 높이를 산출한다(S230).
제어부(170)는 검사위치 정보와 초점 높이 정보를 연관시켜 저장한다(S240).
S200 ~ S240 단계는 모든 검사 위치에서의 측정이 완료될 때까지 반복적으로 수행된다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2의 흐름도에서 선행되는 전자회로기판의 검사에서 저장된 검사위치정보와 초점 높이 정보에 기초하여 기판의 처짐량을 예측한다(S300). 여기서 기판의 처짐량 예측정보는 각 검사위치별 초점 높이정보 또는 검사위치별 초점 높이에 기초한 기판 처짐 곡선 정보일 수 있다.
다음 검사대상 전자회로기판(300)이 검사대에 고정되면, 제어부(170)는 기판 처짐량 예측정보에 기초하여 결정되는 각 검사위치별 초점 높이로 광학계(대물렌즈)를 이동시킨다(S310). 여기서, 각 검사위치별 초점 높이는 이전 검사대상 전자회로기판(300)의 해당 검사위치의 초점 높이 또는 산출된 기판 쳐짐 곡선에 대응되는 위치의 초점 높이일 수 있다.
기판 처짐량 예측정보에 기초하여 각 검사위치별 초점 높이가 결정되면, 광학계를 해당 위치로 이동시켜 오브젝트의 높이를 산출한다(S320).
여기서, 만일 높이 산출의 오류가 발생하면 상기 S200 ~ S240 단계가 재수행되어 해당 검사위치에서의 초점 높이가 재결정되고 그에 따라 해당 검사위치에서 재검사가 이루어진 후, 검사위치의 초점높이값이 수정되어 저장된다.
기판의 검사가 완료될때까지 S310, S320, S330단계가 반복적으로 수행된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자회로기판 검사장치의 개략적인 구성도이다.
도 4에 도시된 제 2 실시예는 백색광 간섭계 모듈(100)의 전단에 모아레 간섭계 모듈(400)이 추가된 것 이외에는 제 1 실시예와 기본적인 구성 및 동작이 동일하다.
제 2 실시예에서 모아레 간섭 모듈(400)은 백색광 간섭계 모듈(100)을 이용한 검사의 전단에서 제 2 전자회로기판의 전체 처짐량을 선행 측정하고, 측정 결과를 제어부(170)로 제공하여, 본 측정 단계에서 제어부(170)는 모아레 간섭 모듈(400)에서 제공되는 제 2 전자회로기판 처짐량 정보와 선행하여 검사가 이루어진 제 1 전자회로기판의 검사공정에서 얻어진 제 2 전자회로기판의 처짐량 예측정보를 고려하여 각 검사위치별 초점 높이정보를 결정한다. 여기서, 제 2 전자회로기판의 처짐량 측정정보와 처점량 예측정보를 조합하여 각 검사위치에서의 초점 높이정보를 결정하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있으며, 본 발명은 이러한 구체적인 방법에 제한되지 않음을 밝혀둔다.
예를 들어, 각 검사위치에서 측정된 처짐량과 추정된 처점량을 평균하여 초점 높이정보로 결정하거나, 각 처짐량 값들의 프로파일을 비교하여 실제적인 기판 처짐과 유사한 처짐 프로파일을 갖는 것을 우선적으로 선택하는 방법 등이 있을 수있다.
모아레 간섭 모듈(400)은 줄무늬 패턴을 조사하는 광 프로젝터(410)와 물체에 투영된 줄무늬 패턴을 검출하는 카메라(420)를 포함하여 구성되며, 줄무늬 패턴의 위상변화를 검출하여 물체 표면의 높이를 산출하는 기술이다.
모아레 간섭 모듈(400)은 백색광 간섭 모듈(400)에 비해 넓은 FOV를 갖고 Z축 방향으로도 더 넓은 측정영역을 가지는 반면, Z축 측정 정밀도는 백색광 간섭 모듈(400)에 비해 낮은 특성을 가지므로, 모아레 간섭 모듈(400)을 통해 검사대상물의 전체 처짐량을 빠르게 측정한 후, 측정된 처짐량 정보에 기초하여 검사면의 위치로 바로 이동이 가능하도록 하는 것에 의해 효율적인 측정이 가능한 장점이 있다. 모아레 간섭 모듈(400)의 측정오차는 약 1μm 정도이므로 기판 변형을 고려한 초점높이 설정을 위한 선행 측정수단으로 상당히 유효성이 높다고 할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : 백색광 간섭계 모듈 110 : 광원
120 : 시준 렌즈 130 : 빔 스플리터
140 : 대물렌즈 150 : 반사 미러
160 : 카메라 170 : 제어부
180 : 위치제어부 200 : 기판 이송부
300 : 전자회로기판 400 : 모아레 간섭계 모듈

Claims (4)

  1. 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용하여 초점높이를 결정하는 방법에 있어서,
    제 1 전자회로기판의 휨 상태를 검출하여 광학계의 초점높이를 결정한 후, 결정된 초점높이로 광학계를 이동시켜 상기 제 1 전자회로기판을 검사하는 제 1 단계;
    상기 검사에서 검출된 상기 제 1 전자회로기판의 휨 상태정보에 기초하여 다음 검사대상인 제 2 전자회로기판의 처짐량을 예측하는 제 2 단계;
    상기 예측된 처짐량 정보에 기초하여 제 2 전자회로기판의 각 검사위치에서 광학계의 초점높이를 결정한 후, 결정된 초점높이로 광학계를 이동시켜 상기 제 2 전자회로기판을 검사하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 광학계는 백색광을 발생시키도록 구성된 백색광원, 백색광을 시준하는 시준 렌즈, 시준된 빛을 물체 빔과 기준 빔으로 분리하는 빔 스플리터, 물체 빔을 전자회로기판으로 집속하는 대물 렌즈, 기준 빔을 반사하는 반사 거울 및 물체 빔과 기준 빔으로부터 반사된 빛이 포획되어 상기 빔 스플리터에서 재결되면 그 영상을 촬영하는 카메라를 포함하는 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 전자회로기판을 검사하는 단계에서 계측 결과에 오류가 발생한 경우 해당 위치에서 상기 제 1 단계 및 제 2 단계를 재수행하는 것을 특징으로 하는 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정 방법.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서,
    상기 검사에서 검출된 상기 제 2 전자회로기판의 휨 상태정보에 기초하여 다음 검사대상인 제 3 전자회로기판의 처짐량을 예측하는 제 4 단계;
    상기 예측된 처짐량 정보에 기초하여 제 3 전자회로기판의 각 검사위치에서 광학계의 초점높이를 결정한 후, 결정된 초점높이로 광학계를 이동시켜 상기 제 3 전자회로기판을 검사하는 제 5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정 방법.
  4. 제1항 또는 2항에 있어서,
    상기 전자회로기판 검사를 위한 장치는 전자회로기판의 처짐량을 측정하기 위한 모아레 간섭 모듈과, 상기 모아레 간섭 모듈에서 측정된 기판의 처짐량 정보에 기초하여 광학계의 초점높이를 결정하여 전자회로기판 표면의 검사를 수행하는 백색광 간섭계 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자회로기판 검사에서 처짐량 예측을 이용한 초점높이 결정 방법.
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